Как комутационната апаратура за високо напрежение осигурява безопасна и стабилна работа на енергийните системи?

Как комутационната апаратура за високо напрежение осигурява безопасна и стабилна работа на енергийните системи?

I. Основна дефиниция и промишлено позициониране на високоволтова комутационна апаратура

Разпределителната апаратура за високо напрежение е основен комплект от оборудване за разпределение на електроенергия в системата за пренос и разпределение на електроенергия. Съгласно общите стандарти за енергийната промишленост, това се отнася специално за затворени разпределителни уреди с номинално работно напрежение, по-голямо от 36 kV, което може да реализира свързване, изключване, наблюдение, защита и контрол на високоволтови силови вериги. За разлика от обикновеното електроразпределително оборудване за ниско напрежение, разпределителната апаратура за високо напрежение е в заредено състояние на готовност за дълго време, остава в затворено положение през по-голямата част от времето и извършва само операции по отваряне и изключване по време на поддръжка на оборудването, повреди в линията и диспечерско управление на електрическата мрежа, с изключително ниска толерантност към грешки на оборудването и изключително високи изисквания за надеждност.

Като ключов център на електрически мрежи, електроцентрали, промишлени и минни предприятия и широкомащабни сградни електроразпределителни системи, комутационните апарати за високо напрежение директно определят стабилността, безопасността и непрекъснатостта на захранването. Той може не само точно да прекъсва токове на повреда като претоварване, късо съединение и пренапрежение от мълния, но също така да реализира разумното разпределение на електрическата енергия, изолацията на линията и защитата на оборудването, което го прави незаменимо основно оборудване в системата за разпределение на електроенергия с високо и ниско напрежение. През последните 15 години, с надграждането на енергийната интелигентност и екологизирането, технологията на прекъсвачите за високо напрежение се повтори бързо. Минималните маслени прекъсвачи и прекъсвачите с въздушна струя бяха постепенно модернизирани, а прекъсвачите със серен хексафлуорид (SF6) се превърнаха в основна конфигурация на ядрото на настоящите високоволтови разпределителни уреди поради тяхната отлична изолация и гасене на дъгата.

II. Разделяне на пълната категория на нивата на напрежение на разпределителната апаратура

Според номиналното работно напрежение енергетиката разделя разпределителните уреди на три категории: ниско напрежение, средно напрежение и високо напрежение. Трите вида оборудване имат значителни разлики в сценариите на приложение, структурната конфигурация и стандартите за безопасност, като се адаптират към нуждите на различните сценарии за разпределение на електроенергията:

1. Разпределителна апаратура за ниско напрежение (LV)

С номинално работно напрежение ≤ 1kV, той се инсталира главно на страната с ниско напрежение на трансформаторите за разпределение на мощността и се използва широко в сценарии за крайно разпределение на мощността, като промишлени работилници, търговски сгради и жилищни общности. Той отговаря за разпределението на електрическата енергия на терминала и основната защита на веригата, с проста структура, удобна работа и ниски разходи за поддръжка.

2. Разпределителна апаратура за средно напрежение (MV)

Диапазонът на номиналното работно напрежение е 1kV ~ 75kV. Това е често срещано оборудване в промишленото производство и малки и средни подстанции. Той е адаптиран главно към генератори, захранващи вериги, големи двигатели, регионални преносни и разпределителни линии и друго оборудване, като се вземат предвид ефективността на разпределението на електроенергията и възможностите за защита от повреди и се адаптира към сценарии за пренос на електроенергия от среден клас.

3. Разпределителна апаратура за високо напрежение (HV)

С номинално работно напрежение ≥ 75 kV, това е специално оборудване за пренос и разпределение на електроенергия с високо напрежение. Проектиран за работни условия на високо напрежение, голям ток и голямо натоварване, той е оборудван с пълен набор от подобрени устройства за защита на безопасността и компоненти за прецизен мониторинг. Използва се главно в сценарии с висок риск и голямо натоварване, като големи подстанции, електроцентрали, междупровинциални преносни линии, нефтохимическа промишленост и металургична тежка промишленост и е основната гаранция за стабилната работа на високоволтови електрически мрежи.

III. Подробно обяснение на пълните основни компоненти и функции на комутационна апаратура за високо напрежение

Разпределителната уредба за високо напрежение има модулна затворена конструкция на шкаф, която е разделена на вътрешни и външни монтажни форми. Цялото се състои от три модула: оборудване за първична главна верига, оборудване за вторично управление и наблюдение и оборудване за безопасност. Всички компоненти работят заедно, за да изградят цялостна система за разпределение на мощността, защита и наблюдение. Функциите на основните компоненти са както следва:

1. Високоволтов прекъсвач (основен изпълнителен компонент)

Известен като "сърцето" на комутационната апаратура за високо напрежение, той е единственият основен компонент, който може да включва и изключва вериги с товар и да прекъсва токовете на повреда при късо съединение. Скоростта на реакция на оборудването може да достигне милисекунди. Когато в линията се появят претоварване, късо съединение, изтичане и други неизправности, тя може незабавно да прекъсне веригата на повредата, да предотврати разпространението на повредата и да защити задното оборудване и цялата преносна линия. Понастоящем основният тип е SF6 прекъсвач, който има предимствата на силна способност за гасене на дъгата, добри изолационни характеристики, нисък процент на повреда и дълъг експлоатационен живот, адаптиране към дългосрочни условия на непрекъсната работа.

2. Инструментални трансформатори (ядро на мониторинга и измерването)

Разделени на токови трансформатори (CT) и напреженови трансформатори (VT), те са "сетивните органи" на разпределителната апаратура. Основната функция е да преобразува високо напрежение и голям ток в стандартни сигнали за ниско напрежение и малък ток. От една страна, той предоставя точни данни за измерване на инструментите и мониторинг на данните за мощността; от друга страна, той осигурява задействащи сигнали за защитни релета, реализирайки автоматично ранно предупреждение за повреда и изключване и осигурявайки визуализирана и контролируема работа на електроенергийната система.

3. Заземителен превключвател (Ядро на защитата на безопасността)

Това е задължителен предпазен компонент, използван главно в условия на поддръжка на оборудването. След като прекъсвачът и разединителят са отворени и изключени, заземителният превключвател може бързо да установи заземителна верига, напълно да освободи индуцираните заряди и остатъчното напрежение, останало в линията и оборудването, да елиминира скритата опасност от работа под напрежение и напълно да гарантира личната безопасност на персонала по поддръжката и безопасността на оборудването.

4. Повишаващ/понижаващ трансформатор

Това е най-голямото и най-скъпо оборудване за преобразуване на енергия в разпределителната уредба. Повишаващите трансформатори се използват главно в края на предаването, за да намалят предавателния ток чрез увеличаване на напрежението и намаляване на загубата на мощност при предаване на дълги разстояния; понижаващите трансформатори се използват в терминала за разпределение на електроенергия за преобразуване на електрическа енергия с високо напрежение в електрическа енергия с ниско напрежение, подходяща за индустриално и гражданско оборудване, реализирайки ефективно предаване и разумно адаптиране на електрическата енергия.

5. Изключващ превключвател (изолиращ компонент)

Известен също като изолатор, той е механичен ръчен превключвател без функция за гасене на дъгата и е строго забранено да работи с товар. Неговата основна функция е да реализира физическа изолация между оборудването и електрическата мрежа, да формира очевидна точка на прекъсване на захранването, да осигури безопасни работни условия за поддръжка на оборудването и работа и поддръжка на линията и е основното устройство за гаранция за безопасност при работа с високо напрежение.

6. Защитно реле (компонент за интелигентно управление)

„Интелигентният мозък“ на разпределителната уредба може да наблюдава работните параметри като мрежово напрежение, ток и температура в реално време 24 часа на ден и точно да идентифицира необичайни работни условия като късо съединение, претоварване и заземяване. След като бъде открита повреда, той незабавно изпраща инструкция за задействане на прекъсвача за задействане и в същото време изгасва дъгата на повредата и записва данните за повредата, реализирайки бързо изолиране на повредата и възможност за проследяване.

7. Шинопроводи (канал за пренос на електрическа енергия)

Изработен от проводими материали с нисък импеданс, той е основният канал за пренос на електрическа енергия вътре в разпределителната уредба. Той отговаря за свързването на всички основни компоненти като прекъсвачи, трансформатори и трансформатори, осигурявайки ефективно и стабилно предаване на електрическа енергия в шкафа. Качеството на материала и процесът на монтаж пряко влияят върху цялостната ефективност на предаване на разпределителната уредба.

8. Защитни устройства за пренапрежение и заземителна мрежа (система за защита от пренапрежение)

Отводителите за пренапрежение са специално проектирани за преходни удари с високо напрежение, като пренапрежение от мълния и пренапрежение при превключване. Те могат бързо да абсорбират енергия от пренапрежение и да избегнат разрушаване на високо напрежение на изолационните слоеве на оборудването; поддържащата заземителна решетка е съставена от подземни метални електроди и заземителни пръти, които могат бързо да отвеждат ток на повреда и ток от удар в земята, осигурявайки двойна защита на оборудването срещу преходни повреди от високо напрежение.

9. Контактор

Подходящ за спомагателни вериги с ниско напрежение под 1 kV, той може често да включва и изключва управляващи вериги и силови вериги дистанционно, главно контролирайки товари като двигатели, кондензатори и осветително оборудване. В сравнение с прекъсвачите, контакторите имат по-висока работна честота и по-дълъг механичен живот, но нямат способност за прекъсване при повреда при високо напрежение и се използват само като спомагателни контролни компоненти за ниско напрежение.

IV. Два основни вида комутационни апарати за високо напрежение и сравнение на техните предимства и недостатъци

Според различните изолационни среди индустрията разделя високоволтовите разпределителни уреди на две категории: разпределителни уреди с въздушна изолация (AIS) и разпределителни уреди с газова изолация (GIS). Двете имат значителни разлики в сценариите за адаптация, характеристиките на ефективността и разходите за експлоатация и поддръжка:

1. Разпределителна апаратура с въздушна изолация (AIS)

С естествен въздух като изолационна среда, това е масовият тип традиционна комутационна апаратура за високо напрежение. Неговите основни предимства са проста структура, ниска цена, удобна инсталация, интуитивна диагностика на неизправностите и ниска ежедневна трудност при поддръжката; неговите недостатъци са големият обем на шкафа, изолационните характеристики, силно повлияни от околната среда, и лесното разграждане на изолацията във влажна, прашна и замърсена среда. Той е подходящ главно за външни конвенционални подстанции и сценарии за разпределение на електроенергия с високо напрежение с добри работни условия.

2. Комутационна апаратура с газова изолация (GIS)

Използвайки газ серен хексафлуорид (SF6) с висока чистота като изолация и средство за гасене на дъгата, всички живи компоненти са запечатани в пълния с газ шкаф. Неговите основни предимства са компактен корпус, малка подова площ, стабилна изолационна производителност, не се влияе от външен прах, влажност и сурово време, изключително висока надеждност на работа и изключително нисък процент на повреда; неговите недостатъци са висока цена на оборудването, сложен процес на поддръжка и строги изисквания за ефективност на запечатването. Той е подходящ главно за сценарии от висок клас, като градски основни подстанции, затворени машинни помещения, тежки условия на работа и пренос на енергия с висока плътност.

V. Общи неизправности и стандартизирани схеми за отстраняване на неизправности на високоволтова комутационна апаратура

Общият процент на повреда на комутационната апаратура за високо напрежение е нисък, но дългосрочната експлоатация, ерозията на околната среда, неправилната работа и стареенето на компонентите могат да причинят различни повреди. В комбинация с опит в работата и поддръжката на първа линия, този документ подрежда причините за високочестотни повреди и стандартизирани решения, които са подходящи за ежедневна проверка и работа по поддръжка на оборудването:

1. Работната ръкохватка не може да бъде заключена: Най-често се причинява от ръжда, задръстване, стареене на вътрешния заключващ механизъм или несъответстващи ключове. Метод на третиране: Проверете специалния работен ключ, почистете и почистете заключващия механизъм, добавете специална смазочна грес и директно сменете повредените компоненти, за да осигурите нормалната функция на механичното заключване.

2. Ненормален шум вътре в шкафа: Основните причини са електромагнитни вибрации, причинени от разхлабени фиксиращи винтове на разделителната плоча и кабели, докосващи уплътнителната плоча. Метод на третиране: Затегнете напълно винтовете на разделителната плоча на шкафа и нанесете уплътнител, за да фиксирате интерфейса на кабела, за да елиминирате шума от вибрация при контакт.

3. Прегрети съединения на кабелите: Причинява се главно от разхлабени болтове, продължителна работа при претоварване и прекомерно контактно съпротивление. Метод на третиране: Работете стриктно в съответствие с номиналния ток на оборудването, затегнете всички болтове на окабеляването и своевременно сменете стареещите и окислени шини и съединения.

4. Неквалифициран тест на изолацията и чести заземяващи повреди: Основните причини са напукани, влажни и замърсени изолатори, което ще доведе до значително влошаване на изолационните характеристики. Метод на третиране: Сменете повредените изолатори, почистете изолационните компоненти на корпуса със специални почистващи препарати за изолация и старателно изсушете влажните зони, за да възстановите изолационните характеристики.

5. Ненормално отваряне и затваряне на защитните щори: Деформацията на щорите, липсата на масло в движещите се части и задръстването на други предмети ще доведат до невъзможност за нормално отваряне и затваряне. Метод на третиране: Почистете другите части в движещите се части, коригирайте деформираните щори, добавете смазочно масло и регулирайте точността на отваряне и затваряне.

6. Изгасване на светлинните индикатори за състояние: Честите причини включват повреда на крушката, изгаряне на предпазител/резистор, лош контакт на спомагателни превключватели и неизправности на крайния превключвател. Метод на лечение: Сменете повредените крушки и предпазители, почистете контактите на спомагателните превключватели и проверете работното състояние на прекъсвача на клемата.

7. Неправилна работа на блока за управление: Основните причини са разхлабени винтове на клемния блок и лош контакт на контролния щепсел. Метод на третиране: Затегнете всички клемни винтове, включете отново и заключете контролния конектор, за да осигурите стабилен контакт на линията.

VI. Основни пет-превантивни защитни функции на високоволтова комутационна апаратура (Safety Core)

Функцията за блокиране с пет превенции е основният дизайн за безопасност на разпределителната апаратура за високо напрежение, което е задължителна стандартна конфигурация в индустрията. Той може механично да елиминира големи електрически аварии, причинени от човешка неправилна работа, и е основната гаранция за безопасност при работа при високо напрежение:

1. Предотвратяване на затваряне с товар: След като количката на прекъсвача е затворена в тестова позиция, механичната ключалка заключва количката, която не може да бъде избутана в работно активно положение, елиминирайки случайността на затваряне с товар.

2. Предотвратете затварянето със заземителен проводник: Когато превключвателят за заземяване на шкафа е в затворено положение, прекъсвачът не може да бъде затворен и включен, като се избягват късо съединение и експлозия, причинени от принудително предаване на енергия, без да се премахва заземителната линия.

3. Предотвратяване на случайно влизане в интервал на живо: Когато прекъсвачът е в затворено състояние и работи под напрежение, задната врата на шкафа е заключена от механичната ключалка и не може да бъде отворена, което предотвратява навлизането на персонал в зоната под напрежение и получаването на токов удар.

4. Предотвратете висящата заземителна линия с електричество: Когато прекъсвачът е в затворено и активно работно състояние, работният механизъм на заземителния превключвател е заключен и не може да бъде затворен и заземен, елиминирайки повредата на късо съединение, причинена от висяща заземителна линия с електричество.

5. Предотвратете изтеглянето на ножа с товар: Когато прекъсвачът е в затворено състояние с товар, количката не може да бъде изведена от работно положение и е забранено отварянето на изолиращия прекъсвач с товар.

VII. Основно резюме на пълния текст

Разпределителната апаратура за високо напрежение е основният комплект от оборудване за разпределение на електроенергия за енергийни системи за високо напрежение над 75kV. Разчитайки на координираната работа на модулни компоненти като прекъсвачи, измервателни трансформатори, релета и заземителни системи, той интегрира пет основни функции: разпределение на електрическа енергия, управление на веригата, защита при повреда, защита за безопасност и наблюдение в реално време. По отношение на категориите, той е разделен главно на два типа: AIS разпределителна уредба с въздушна изолация с проста структура и удобна работа и поддръжка и GIS разпределителна уредба с газова изолация със стабилна производителност и подходяща за сценарии от висок клас.

Оборудването като цяло има характеристиките на нисък процент на повреда, дълъг експлоатационен живот и висока надеждност и е в режим на работа в режим на готовност за дълго време. Неговата основна гаранция за безопасност идва от стандартизирания дизайн на блокировка с пет превенции и перфектни механизми за защита от пренапрежение, претоварване и късо съединение. Неизправностите при ежедневната работа са причинени най-вече от стареене на компоненти, разхлабена инсталация, ерозия на околната среда и неправилна работа, а вероятността от повреда може да бъде значително намалена чрез редовна проверка и стандартизирана работа и поддръжка. В области като пренос на електрическа мрежа, промишлено разпределение на електроенергия и нова енергийна мощност, стабилната работа на комутационните апарати за високо напрежение е ключовата основа за безопасната, ефективна и непрекъсната работа на цялата електроенергийна система.

VIII. Високочестотни често задавани въпроси (общ отрасъл)

Въпрос 1: Каква е основната разлика между разпределителната уредба за високо напрежение и разпределителната уредба за ниско напрежение?

A1: Основните разлики са в номиналното напрежение, нивото на изолация и функционалното позициониране. Разпределителната апаратура за високо напрежение (≥75kV) има гасене на дъгата с високо напрежение, способност за прекъсване на късо съединение и защита от пет превенции, която се използва за пренос на главна линия; разпределителната апаратура за ниско напрежение (≤1kV) се използва само за терминално разпределение на мощността, с проста структура и без защита от високо напрежение.

Q2: Как да избера между GIS и AIS комутационна апаратура за високо напрежение?

A2: Изберете AIS за конвенционално открито, добри условия на работа и ограничен бюджет; изберете ГИС за централни градски зони, затворени машинни помещения, тежки условия на труд и ограничено пространство.

Въпрос 3: Може ли комутационна апаратура за високо напрежение да се използва често?

A3: Не. Прекъсвачите за високо напрежение са забранени за често натоварване; само контактори за ниско напрежение могат често да включват и изключват спомагателни вериги, в противен случай това ще ускори стареенето на оборудването и ще причини скрити опасности.

Q4: Може ли функцията за пет превенции на високоволтова разпределителна уредба да бъде освободена ръчно?

A4: Строго е забранено да го пускате без разрешение. Само професионален персонал за експлоатация и поддръжка може временно да го отключи според спецификациите по време на поддръжката и след вземане на мерки за безопасност и трябва да бъде възстановен веднага след операцията.

Q5: Какви са основните опасности и принципи на третиране на прегрятите съединения на разпределителната уредба?

A5: Опасностите включват ускоряване на стареенето на компонентите, причиняване на късо съединение и дори пожари; принципи на лечение: проверете натоварването, закрепете ставите, заменете остарелите компоненти и елиминирайте претоварването.

Q6: Необходимо ли е да се изключи за поддръжка, ако има необичаен шум вътре в комутационната апаратура за високо напрежение?

A6: Да. Необичайният шум е ранно предупреждение за неправилно оборудване. Ако не се проверява за дълго време, това ще причини неизправности. Необходимо е да се изключи незабавно, за да се проверят и отстранят скритите опасности, преди да се възобнови работата.

Q7: Какви индикатори трябва да се откриват ежедневно за SF6 газоизолирани разпределителни уредби?

A7: Редовно откривайте газ SF6 (налягане, чистота, микровода) и херметичност на шкафа и проверявайте ефективността на изолацията и гъвкавостта на механичните операции.